(57)【要約】【課題】本発明は、マニホールドの内部に液体が存在することによる燃料電池の不具合の発生を抑制することを目的とする。【解決手段】燃料電池は、膜電極接合体と、開口部と膜電極接合体から排出されるガスを開口部に排出するためのガス流路部とを有するセパレータと、開口部が連通して形成されるマニホールドの内部において、ガス流路部と当接するとともに、ガス流路部から燃料電池の外部と面するマニホールドの端部まで延設される多孔質部材と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
開口部と、前記膜電極接合体から排出されるガスを前記開口部に排出するためのガス流路部と、を有するセパレータと、
前記開口部が連通して形成されるマニホールドの内部において、前記ガス流路部と当接するとともに、前記ガス流路部から前記燃料電池の外部と面する前記マニホールドの端部まで延設される多孔質部材と、を備える燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記多孔質部材は、前記マニホールドの内側に形成される前記ガス流路部の接続口の一部を塞いでいる燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記多孔質部材は、一部が前記ガス流路部の内部まで延伸している燃料電池。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池はさらに、
前記多孔質部材と前記ガス流路部とが当接している状態と、前記多孔質部材と前記ガス流路部とが当接していない状態と、を切り替えるための切替部を備える燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記多孔質部材は、金属製多孔質部材により形成されている燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記金属製多孔質部材は撥水処理が施されている燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池において、発電により生じた水などの液体がマニホールドの内部に滞留することにより、ガスの供給が妨げられ、安定した発電ができなくなるなどの不具合が生じる虞があった。この問題に対して、例えば、セパレータのガス流路部とマニホールドとの間に撥水性の管状部材を備えるなど、燃料電池セルやエンドプレートの一部を撥水化することにより排水性を高める技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８１２９０号
【特許文献２】特開２００５−２０９５２６号
【特許文献３】特開２００６−２３６８４１号
【特許文献４】特開２００７−４２５３８号
【特許文献５】特開２００７−８７７４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の技術では、例えば、マニホールドの内部が液体で満たされた状態では、ガスの供給ができず、依然として燃料電池に不具合が生じる虞があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされた発明であり、マニホールドの内部に液体が存在することによる燃料電池の不具合の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために本願発明は以下の態様を採る。
【０００７】
第１の態様は、燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、膜電極接合体と、開口部と、前記膜電極接合体から排出されるガスを前記開口部に排出するためのガス流路部と、を有するセパレータと、前記開口部が連通して形成されるマニホールドの内部において、前記ガス流路部と当接するとともに、前記ガス流路部から前記燃料電池の外部と面する前記マニホールドの端部まで延設される多孔質部材と、を備える。
【０００８】
第１の態様に係る燃料電池によれば、マニホールドの内部において、多孔質部材がガス流路部と当接するとともに、マニホールドの端部まで延設されているため、マニホールドの内部に液体が存在する場合であってもガスの流路を確保することができ、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。
【０００９】
第１の態様に係る燃料電池において、前記多孔質部材は、前記マニホールドの内側に形成される前記ガス流路部の接続口の一部を塞いでいてもよい。この場合、マニホールドの内部に液体が存在しない場合において容易にガスを流通させることができる。
【００１０】
第１の態様に係る燃料電池において、前記多孔質部材は、一部が前記ガス流路部の内部まで延伸していてもよい。この場合、ガス流路部の内部に液体が存在する場合であってもガスの流路を確保することができ、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。
【００１１】
第１の態様に係る燃料電池はさらに、前記多孔質部材と前記ガス流路部とが当接している状態と、前記多孔質部材と前記ガス流路部とが当接していない状態と、を切り替えるための切替部を備えていてもよい。この場合、マニホールド内部の液体の有無にかかわらず、容易にガスを流通させることができる。
【００１２】
第１の態様に係る燃料電池において、前記多孔質部材は、金属製多孔質部材により形成されていてもよい。この場合、マニホールドの内部に液体が存在する場合であっても金属製多孔質部材によりガスの流路が確保されるため、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。
【００１３】
第１の態様に係る燃料電池において、前記金属製多孔質部材は撥水処理が施されていてもよい。この場合、マニホールドの内部に液体が存在する場合においても撥水処理された金属製多孔質部材によりガスの流路が確保されるため、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。
【００１４】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現することが可能であり、例えば、多孔質部材を内部に備えるマニホールドとしても実現できるほか、マニホールド内部に配置された多孔質部材の位置を制御するための制御装置としても実現することができる。また、本発明に係る燃料電池は、適宜、他の部材と組み合わせて適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例に係る燃料電池の概略構成を例示した説明図である。
【図２】セパレータのアノード側を例示した説明図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を例示した説明図である。
【図４】多孔質部材における毛管力と細孔径との関係を例示した説明図である。
【図５】第２実施例に係るセパレータのアノード側を例示した説明図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。
【図７】第３実施例に係るセパレータのアノード側を例示した説明図である。
【図８】第４実施例に係る燃料電池の外観を例示した説明図である。
【図９】発電停止処理の流れを示したフローチャートである。
【図１０】発電時の多孔質部材の位置を例示した説明図である。
【図１１】掃気処理後の多孔質部材の位置を例示した説明図である。
【図１２】変形例に係る燃料電池セルの断面を例示した説明図である。
【図１３】変形例に係る多孔質部材の移動方向を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００１７】
Ａ．第１実施例
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、第１実施例に係る燃料電池の概略構成を例示した説明図である。本実施例の燃料電池ＮＤは、固体高分子型の燃料電池であり、酸化ガス（例えば、空気）と、燃料ガス（例えば、水素）とを用いて発電を行う。燃料電池ＮＤは、複数の燃料電池セルＣＬと、２つのエンドプレートＥＰと、２つのターミナルＴＭと、多孔質部材ＰＭと、を備えている。燃料電池セルＣＬは、ターミナルＴＭを挟んで、２つのエンドプレートＥＰによって挟持されている。燃料電池ＮＤは、複数の燃料電池セルＣＬが、積層された層状構造を有し、エンドプレートＥＰが備える水素供給用の貫通孔および空気供給用の貫通孔からそれぞれ水素および空気の供給を受けて発電をおこなう。また、燃料電池ＮＤは、テンションプレート（図示せず）がボルト（図示せず）によって各エンドプレートＥＰに結合されることによって、燃料電池セルＣＬを、積層方向に所定の力で締結する構造となっている。なお、燃料電池ＮＤは、ターミナルＴＭとエンドプレートＥＰとの間に、絶縁を確保するためインシュレータを備えていてもよい。
【００１８】
燃料電池セルＣＬは、シール部材一体型ＭＥＧＡ１００と、セパレータ２００とを備え、セパレータ２００によりシール部材一体型ＭＥＧＡ１００を挟持した構成を備えている。
【００１９】
シール部材一体型ＭＥＧＡ１００は、ＭＥＧＡ１０１とシール部材１３０とを備え、略長方形状のＭＥＧＡ１０１の外周に、枠状のシール部材１３０が、ＭＥＧＡ１０１と一体的に形成されている。シール部材１３０には、貫通孔１１１、１１２、１２１、１２２が形成されている。図１に示すように、ＭＥＧＡ１０１は、電解質膜１０３の一方の面にアノード１０４、他方の面にカソード１０５を備えるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）１０２の両側にガス拡散層１０６を備えている。
【００２０】
電解質膜１０３は、固体高分子材料であるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。なお、電解質膜１０３は、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂であってもよい。
【００２１】
アノード１０４およびカソード１０５は、電解質膜１０３上に形成された電極層であり、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属（例えば白金）を担持したカーボン粒子（触媒担持担体）と、プロトン伝導性を有する高分子電解質（例えばフッ素系樹脂）と、によって構成することができる。なお、アノード１０４またはカソード１０５に含まれる電解質は、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂で構成されていてもよい。
【００２２】
ガス拡散層１０６は、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材により形成することができる。
【００２３】
シール部材１３０は、シリコーンゴムを用いて射出成形により形成される。シール部材１３０を成形する際には、アノード１０４、カソード１０５、ガス拡散層１０６のそれぞれが内部に備える空隙部分にシリコーンゴムを含浸させ、いわゆるアンカー効果を用いてシール部材１３０と、ＭＥＧＡ２１０とを結合している。
【００２４】
セパレータ２００は、ガス不透過の導電性部材によって形成されており、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成形したステンレス鋼などの金属部材によって形成することができる。セパレータ２００は、４つの貫通孔２１１、２１２、２２１、２２２を備えている。また、セパレータ２００は、表面にガス流路を形成するための凹凸形状を備え、この凹凸形状により、アノード側のガス拡散層１０６との間に、水素を含有する燃料ガスが通過するセル内燃料ガス流路２１０を形成する。同様に、セパレータ２００は、カソード側のガス拡散層１０６との間に、酸素を含有する酸化ガスが通過するセル内酸化ガス流路２２０を形成する。図１に示すように、セル内燃料ガス流路２１０は、貫通孔２１１および貫通孔２１２と接続されている。また、セル内酸化ガス流路２２０は、貫通孔２２１および貫通孔２２２と接続されている。
【００２５】
燃料電池ＮＤは、複数の燃料電池セルＣＬの積層により、シール部材一体型ＭＥＧＡ１００に設けられた貫通孔１１１、１１２、および、セパレータ２００に設けられた貫通孔２１１、２１２がそれぞれ連通してアノードガス供給マニホールドＭ１およびアノード排ガス排出マニホールドＭ２が形成されている。同様に、燃料電池ＮＤは、シール部材一体型ＭＥＧＡ１００の貫通孔１２１、１２２、および、セパレータ２００の貫通孔２２１、２２２がそれぞれ連通してカソードガス供給マニホールドＭ３およびカソード排ガス排出マニホールドＭ４が形成されている。アノードガス供給マニホールドＭ１およびアノード排ガス排出マニホールドＭ２は、それぞれエンドプレートＥＰの貫通孔と接続され、発電に用いられるアノードガスとしての水素、および、発電に用いられなかった水素を含むガス（後述するアノード排ガス）が流通する。同様に、カソードガス供給マニホールドＭ３およびカソード排ガス排出マニホールドＭ４は、それぞれエンドプレートＥＰの貫通孔と接続され、発電に用いられるカソードガスとしての空気、および、発電に用いられた空気（後述するカソード排ガス）が流通する。
【００２６】
多孔質部材ＰＭは、発泡金属体等の導電性多孔体であり、図１の破線で示すように、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部に配置されている。多孔質部材ＰＭは、例えば、ニッケル発泡金属体により構成することができる。本実施例の多孔質部材ＰＭは、撥水処理が施されている。撥水処理は、フッ素ガス中におけるプラズマ処理のほか、サイトップ、フロロサーフ等のコーティング剤を用いておこなうことができる。多孔質部材ＰＭのアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部における具体的な位置や機能などについて以下に詳述する。
【００２７】
図２は、セパレータのアノード側を例示した説明図である。多孔質部材ＰＭは、図２に示すように、セル内燃料ガス流路２１０のアノード排ガス排出マニホールドＭ２と接続する端部に形成される接続口２１０ｅと接している。すなわち、多孔質部材ＰＭとセル内燃料ガス流路２１０とは当接している。本実施例における多孔質部材ＰＭは、接続口２１０ｅの全体を塞いている。
【００２８】
燃料電池ＮＤに供給されたアノードガスは、アノードガス供給マニホールドＭ１からセル内燃料ガス流路２１０に流入し、一部はアノードと接触して電気化学反応に供される。電気化学反応に供されなかった水素を含むアノード排ガスは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２から排出される。このとき、多孔質部材ＰＭとセル内燃料ガス流路２１０とが当接していため、セル内燃料ガス流路２１０のアノード排ガスは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内周部と多孔質部材ＰＭとの間に形成される空間部Ｖｏを介すことなく、直接的に多孔質部材ＰＭの内部に移動することができる。
【００２９】
図３は、図２のＡ−Ａ断面を例示した説明図である。図３に示すように、多孔質部材ＰＭは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部において、セル内燃料ガス流路２１０の接続口２１０ｅからエンドプレートＥＰの貫通孔まで延設されている。すなわち、多孔質部材ＰＭは、セル内燃料ガス流路２１０から燃料電池ＮＤの外部と面するアノード排ガス排出マニホールドＭ２の端部まで延設されている。これにより、燃料電池ＮＤは、セル内燃料ガス流路２１０内部の排ガスを多孔質部材ＰＭの内部を通して燃料電池ＮＤの外部に排出することができる。
【００３０】
多孔質部材ＰＭは、内部に連通した空孔部（図示しない）が形成されている。空孔部は、接続口２１０ｅを介してセル内燃料ガス流路２１０と連通するとともに、燃料電池ＮＤの外部とも連通している。よって、セル内燃料ガス流路２１０から排出されるアノード排ガスは、多孔質部材ＰＭの空孔部を通って燃料電池ＮＤの外部に移動することができる。
【００３１】
多孔質部材ＰＭの気孔率や細孔径については、特に限定はないが、多孔質部材ＰＭの内部に液体が浸入することを抑制するため、多孔質部材ＰＭの毛管力の絶対値がアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部において想定される液体（水）の圧力より大きくなることが望ましい。気孔率は排ガスの流通を容易にするために高い方が好ましく、細孔径は毛管力の絶対値を高めるために小さい方が好ましい。以下に本実施例において用いた多孔質部材ＰＭの細孔径の決定方法を示す。
【００３２】
図４は、多孔質部材における毛管力と細孔径との関係を例示した説明図である。Ｐｃを毛管力（Ｐａ）、σを水の表面張力（Ｎ／ｍ）、θを内部接触角（°）、ｒを細孔径（ｍ）とすると毛管力Ｐｃは、
Ｐｃ＝４σｃｏｓθ／ｒ
で表すことができる。多孔質部材ＰＭの細孔径を決定するためには、多孔質部材ＰＭの内部接触角を特定する必要があるが、本実施例では、多孔質部材ＰＭの内部接触角を測定する代わりに、撥水コーティングを施した多孔質部材ＰＭと同じ材質の平板の内部接触角を用いた。具体的には、ニッケル発泡金属の平板をフッ素樹脂（ノベックＥＧＣ−１７２０）に浸漬し、３ｍｍ／ｓｅｃで引き上げた。１２０℃で３０分乾燥後、１日放置してから接触角計により純粋との接触角を測定した。このとき、内部接触角は約１００°であった。燃料電池ＮＤのアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部における水圧は、マニホールドの容積などによって変化するが、本実施例では、最大で０．２Ｍｐａであると想定し、図４を用いて、多孔質部材ＰＭの細孔径を０．２ｍｍとした。この多孔質部材ＰＭを用いて、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部に容積分の純粋を外部から注入し、−２０℃まで冷却した状態でアノードガスを供給したところ、燃料電池セルＣＬから問題なくアノード排ガスが排出された。なお、本実施例では、発泡金属としてニッケルを用いているが、他にステンレス、チタンもしくは銅等により作製することができる。
【００３３】
以上説明した第１実施例に係る燃料電池によれば、マニホールドの内部において、多孔質部材がガス流路と当接するとともに、マニホールドの端部まで延設されているため、マニホールドの内部に液体が存在する場合であってもガスの流路が確保され、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。具体的には、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部において、空間部Ｖｏに液体が存在する状態であっても、多孔質部材ＰＭの空孔部は、毛細力により液体の浸入が抑制されている。多孔質部材ＰＭはセル内燃料ガス流路２１０と当接しているため、多孔質部材ＰＭの空孔部は、セル内燃料ガス流路２１０と連通している。よって、燃料電池ＮＤは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部に液体が存在していても、セル内燃料ガス流路２１０内のアノード排ガスを、多孔質部材ＰＭの空孔部に移動させることができる。また、多孔質部材ＰＭは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の端部まで延設されているため、燃料電池ＮＤは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部に液体が存在しても、セル内燃料ガス流路２１０内のアノード排ガスを、多孔質部材ＰＭの空孔部を経由させて、燃料電池ＮＤの外部に排出させることができる。これにより、アノード排ガスの排出不良による燃料電池ＮＤの不具合の発生を抑制することができる。
【００３４】
従来から、燃料電池は、発電により生じた水などの液体がマニホールドに滞留することにより燃料ガスの供給が妨げられ、安定した発電ができなくなるなどの不具合が生じる虞があった。燃料電池は、車両に搭載された場合には道路状況等により傾いた状態となることがあり、この場合には燃料電池内部の液体がマニホールド側に移動して不具合が顕著に現れることがあった。また、マニホールドに滞留した液体が凍結した場合にも不具合が顕著に現れることがあった。しかし、第１実施例に係る燃料電池によれば、燃料電池内部の液体がマニホールド側に滞留した場合や、マニホールドの液体が凍結した場合においても、ガスの流路を確保することができるため、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。
【００３５】
第１実施例に係る燃料電池によれば、多孔質部材は、金属製多孔質部材により形成されているため、マニホールドの内部に液体が存在する場合であっても、毛管力により金属製多孔質部材の空孔部への液体の浸入を抑制してマニホールド内部のガスの流路を確保できるため、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。また、金属製多孔質部材に撥水処理が施されることにより、金属製多孔質部材の空孔部への液体の浸入がより抑制され、燃料電池の不具合の発生を抑制できる。
【００３６】
Ｂ．第２実施例：
第１実施例では、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅの全体を塞いでいる燃料電池ＮＤについて説明したが、第２実施例では、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅの一部を塞いでいる燃料電池ＮＤについて説明する。第２実施例の燃料電池ＮＤは、多孔質部材ＰＭ以外の部分については第１実施例の燃料電池ＮＤと同様であるため説明を省略する。
【００３７】
図５は、第２実施例に係るセパレータのアノード側を例示した説明図である。多孔質部材ＰＭは、図５に示すように、セル内燃料ガス流路２１０のアノード排ガス排出マニホールドＭ２と接続する端部に形成される接続口２１０ｅの一部と接している。すなわち、接続口２１０ｅは、多孔質部材ＰＭと接するとともに、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内周部と多孔質部材ＰＭとの間に形成される空間部Ｖｏとも接している。これにより、セル内燃料ガス流路２１０のアノード排ガスは、空間部Ｖｏを介すことなく、直接的に多孔質部材ＰＭの内部に移動することができ、また、多孔質部材ＰＭを介すことなく、直接的に空間部Ｖｏに移動することもできる。
【００３８】
図６は、図５のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。図６に示すように、多孔質部材ＰＭは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部において、第１実施例と同様に、セル内燃料ガス流路２１０の接続口２１０ｅからエンドプレートＥＰの貫通孔まで延設されている。これにより、燃料電池ＮＤは、セル内燃料ガス流路２１０内部のアノード排ガスを多孔質部材ＰＭの内部を通して燃料電池ＮＤの外部に排出することができる。また、本実施例の多孔質部材ＰＭは、接続口２１０ｅの一部のみを覆っている。これにより、燃料電池ＮＤは、セル内燃料ガス流路２１０内部の排ガスを多孔質部材ＰＭに覆われていない接続口２１０ｅから空間部Ｖｏを通して燃料電池ＮＤの外部に排出することができる。すなわち、第２実施例の燃料電池ＮＤは、セル内燃料ガス流路２１０内部の排ガスを多孔質部材ＰＭの内部もしくは空間部Ｖｏの２つの経路によって燃料電池ＮＤの外部に排出することができる。本実施例の多孔質部材ＰＭの気孔率や細孔径については、第１実施例と同様であるため説明を省略する。
【００３９】
以上説明した第２実施例に係る燃料電池によれば、多孔質部材は、マニホールドの内側に形成されたガス流路部の接続口の一部を塞いでいるため、マニホールドの内部に液体が存在しない場合において容易にガスを流通させることができる。具体的には、燃料電池ＮＤは、空間部Ｖｏに液体が存在しない場合、セル内燃料ガス流路２１０内部のアノード排ガスを多孔質部材ＰＭに覆われていない接続口２１０ｅから空間部Ｖｏを通して燃料電池ＮＤの外部に排出することができるため、多孔質部材ＰＭを通して燃料電池ＮＤの外部に排出する場合に比べて抵抗が少なく、容易にガスを排出させることができる。また、空間部Ｖｏに液体が存在する状態であっても、燃料電池ＮＤは、多孔質部材ＰＭを通してセル内燃料ガス流路２１０内部のアノード排ガスを燃料電池ＮＤの外部に排出することができる。これにより、アノード排ガスの排出不良による燃料電池ＮＤの不具合の発生を抑制することができる。
【００４０】
第２実施例に係る燃料電池によれば、多孔質部材は、マニホールドの内側に形成されたガス流路部の接続口の一部を塞いでいるため、マニホールド内部の液体を燃料電池の外部に容易に排出することができる。具体的には、多孔質部材ＰＭは、接続口２１０ｅの一部のみを覆っているため、セル内燃料ガス流路２１０とアノード排ガス排出マニホールドＭ２の空間部Ｖｏは空間的に連通している。そのため、燃料電池ＮＤは、発電によりＭＥＡ１０２から生じる水などの液体を多孔質部材ＰＭに覆われていない接続口２１０ｅから空間部Ｖｏを通して燃料電池ＮＤの外部に排出することができる。多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅの全体を覆っている場合、燃料電池セルＣＬ内部の液体が接続口２１０ｅから排出されにくい虞があった。この問題を解決するために、例えば、供給するガスの流量を増やしたり、セル温度を高くしたり、加湿を減らす等の方法により解決することもできるが、これらの場合には発電効率の低下が生じる。本実施例に係る燃料電池ＮＤによれば、効率的な発電をおこないつつ、燃料電池セルＣＬ内部から液体を容易に燃料電池ＮＤの外部に排出させることができる。
【００４１】
Ｃ．第３実施例：
第１実施例では、多孔質部材ＰＭとセル内燃料ガス流路２１０が接続口２１０ｅで接している燃料電池ＮＤについて説明したが、第３実施例は、多孔質部材ＰＭの一部が接続口２１０ｅからセル内燃料ガス流路２１０の内部に延伸している燃料電池ＮＤについて説明する。第３実施例の燃料電池ＮＤは、多孔質部材ＰＭ以外の部分については第１実施例の燃料電池ＮＤと同様であるため説明を省略する。
【００４２】
図７は、第３実施例に係るセパレータのアノード側を例示した説明図である。多孔質部材ＰＭは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部において接続口２１０ｅの一部を塞ぐように配置されるとともに、一部がセル内燃料ガス流路２１０の内部にまで延伸している。すなわち、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部に延設されている多孔質部材ＰＭは、接続口２１０ｅで枝分かれし、一部がセル内燃料ガス流路２１０に沿って、接続口２１０ｅからアノードガス供給マニホールドＭ１側に延伸している。これにより、セル内燃料ガス流路２１０の内部に液体が存在する場合であっても、アノード排ガスは多孔質部材ＰＭの内部を移動することにより、燃料電池ＮＤの外部に排出することができる。
【００４３】
アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部の多孔質部材ＰＭは、第１実施例と同様にセル内燃料ガス流路２１０の接続口２１０ｅからエンドプレートＥＰの貫通孔まで延設されている。また、多孔質部材ＰＭの気孔率や細孔径についても第１実施例と同様であるため説明を省略する。
【００４４】
以上説明した第３実施例に係る燃料電池によれば、多孔質部材ＰＭは、一部がガス流路部の内部まで延伸しているため、ガス流路部の内部に液体が存在する場合であってもガスの流路を確保でき、燃料電池の不具合の発生を抑制することができる。具体的には、セル内燃料ガス流路２１０のアノード排ガス排出マニホールドＭ２側の周辺に液体が存在しても、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅからアノードガス供給マニホールドＭ１側に延伸しているため、アノード排ガスは、多孔質部材ＰＭの内部を移動することによりアノード排ガス排出マニホールドＭ２に排出される。また、多孔質部材ＰＭは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部において燃料電池ＮＤの外部に面するアノード排ガス排出マニホールドＭ２の端部まで延設されているため、アノード排ガスは、多孔質部材ＰＭの内部を移動して、燃料電池ＮＤの外部に排出される。これにより、アノード排ガスの排出不良による燃料電池ＮＤの不具合の発生を抑制することができる。
【００４５】
Ｄ．第４実施例：
第１実施例では、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅを塞いだ状態で固定されている燃料電池ＮＤについて説明したが、第４実施例では、多孔質部材ＰＭがアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部において可動する燃料電池ＮＤについて説明する。
【００４６】
図８は、第４実施例に係る燃料電池の外観を例示した説明図である。本実施例の燃料電池ＮＤは、第１実施例と同様の燃料電池ＮＤに切替部４００を付加した構成を有している。切替部４００は、多孔質部材ＰＭと接続されている軸部４１０により、燃料電池ＮＤの外部から多孔質部材ＰＭのアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部における位置を変えるための機構である。本実施例では、燃料電池ＮＤの積層方向に沿って延在する切替部４００を燃料電池ＮＤの積層方向と直交する方向に移動させることにより、多孔質部材ＰＭを接続口２１０ｅと当接させた状態と当接させていない状態とを切り替える。本実施例では切替部４００は、図示しない駆動部の駆動力により多孔質部材ＰＭの位置を切り替えるものとして説明するが、駆動部を備えず、例えば、手動による操作など、駆動部以外の外部からの応力によって切り替える態様であってもよい。
【００４７】
また、燃料電池ＮＤは、後述する発電停止処理をおこなうための図示しない制御部を備える。発電停止処理は、発電を停止する際に、燃料電池セルＣＬの内部に液体が滞留することを抑制するための処理である。
【００４８】
図９は、発電停止処理の流れを示したフローチャートである。図１０は、発電時の多孔質部材の位置を例示した説明図である。燃料電池ＮＤは、オペレータによる発電の停止操作を検知するまで発電を継続する（ステップＳ１０：ＮＯ）。本実施例の燃料電池ＮＤは、図１０に示すように、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅと当接していない状態で発電をおこなう。そのため、セル内燃料ガス流路２１０のアノード排ガスは、多孔質部材ＰＭを介すことなく、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の空間部Ｖｏに排出される。
【００４９】
オペレータによる発電の停止操作を検知すると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、発電を停止させるための停止処理をおこなう（ステップＳ２０）。停止処理には、例えば、燃料電池ＮＤと図示しない負荷との接続の遮断や、図示しない冷媒の循環停止や、図示しない可変調圧弁によるアノードガスの封入圧力の調整などが含まれている。
【００５０】
燃料電池ＮＤは掃気処理をおこなう（ステップＳ３０）。具体的には、セル内燃料ガス流路２１０にアノードガスを所定の圧力で流通させる。これにより、燃料電池セルＣＬの内部の液体をアノード排ガス排出マニホールドＭ２に排出させることができる。燃料電池ＮＤは、ＭＥＡ１０２の抵抗値を検出し、抵抗値が閾値を超えるまで掃気処理を継続する（ステップＳ４０：ＮＯ）。
【００５１】
アノードガスの流通により燃料電池セルＣＬの内部の液体が排出されると、ＭＥＡ１０２が次第に乾燥してＭＥＡ１０２の抵抗値が上昇する。ＭＥＡ１０２の抵抗値が閾値を超えると（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、燃料電池ＮＤは、駆動部を制御することにより多孔質部材ＰＭの位置を移動させる（ステップＳ５０）。
【００５２】
図１１は、掃気処理後の多孔質部材の位置を例示した説明図である。図１１に示すように、燃料電池ＮＤは、セル内燃料ガス流路２１０にアノードガスを所定の圧力で流通させた状態で、多孔質部材ＰＭを接続口２１０ｅと当接する位置に移動させる。燃料電池ＮＤは、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅと当接した後、セル内燃料ガス流路２１０へのアノードガスの供給を停止する（ステップＳ６０）。
【００５３】
以上説明した第４実施例に係る燃料電池によれば、多孔質部材とガス流路部とが当接している状態と、多孔質部材とガス流路部とが当接していない状態と、を切り替えるための切替部を備えることにより、マニホールド内部の液体の有無にかかわらず、容易にガスを流通させることができる。具体的には、燃料電池ＮＤは、切替部４００を備えることにより、図１０に示すように、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅと当接していない状態で発電をおこなうことができる。これにより、セル内燃料ガス流路２１０のアノード排ガスは、多孔質部材ＰＭを介すことなく、空間部Ｖｏを通って燃料電池ＮＤの外部に排出することができるため、多孔質部材ＰＭを通して燃料電池ＮＤの外部に排出する場合に比べて抵抗が少なく、容易にガスを排出させることができる。また、燃料電池ＮＤは、マニホールド内部の液体を接続口２１０ｅから空間部Ｖｏを通して燃料電池の外部に容易に排出することができる。
【００５４】
また、燃料電池ＮＤは、切替部４００を備えることにより、図１１に示すように、多孔質部材ＰＭが接続口２１０ｅと当接した状態で装置を停止させることができる。これにより、燃料電池ＮＤの停止後にアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部の液体が燃料電池セルＣＬの内部に逆流することを抑制し、液体により接続口２１０ｅが塞がれる等の不具合の発生を低減することができる。また、燃料電池ＮＤは、セル内燃料ガス流路２１０にアノードガスを所定の圧力で流通させた状態で、多孔質部材ＰＭを接続口２１０ｅに当接させるため、多孔質部材ＰＭの移動時にアノード排ガス排出マニホールドＭ２からセル内燃料ガス流路２１０に液体が逆流することを抑制することができる。また、燃料電池セルＣＬの内部は掃気されているため結露の発生が抑制される。
【００５５】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５６】
Ｅ１．変形例１：
本実施例では、多孔質部材ＰＭがアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部に排紙されている燃料電池ＮＤについて説明したが、多孔質部材ＰＭは、アノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部、および／もしくは、カソード排ガス排出マニホールドＭ４の内部に配置されていてもよい。この場合、カソード側において排出ガスを良好に排出することができる。
【００５７】
Ｅ２．変形例２：
本実施例では、セパレータ２００表面の凹凸形状によりセル内燃料ガス流路２１０が形成されているが、セパレータ２００の構造は、これ以外であってもよい。図１２は、変形例に係る燃料電池セルの断面を例示した説明図である。変形例に係るセパレータ２００は、アノード側のガス拡散層１０６と当接するアノード対向プレート２００ａと、カソード側のガス拡散層１０６と当接するカソード対向プレート２００ｃと、アノード対向プレート２００ａおよびカソード対向プレート２００ｃに狭持された中間プレート２００ｔと、が積層された３層構造を備える。このとき、セル内燃料ガス流路２１０は、図１２に示すように、中間プレート２００ｔ、アノード対向プレート２００ａおよびカソード対向プレート２００ｃが積層されることにより形成されてもよい。また、接続口２１０ｅも、中間プレート２００ｔ、アノード対向プレート２００ａおよびカソード対向プレート２００ｃが積層されることにより形成されてもよい。
【００５８】
Ｅ３．変形例３：
本実施例では、多孔質部材ＰＭは、金属多孔体を撥水処理して作製されているが、多孔質部材ＰＭは、撥水処理が施されていなくていなくてもよい。また、多孔質部材ＰＭは金属多孔体に限られず、例えば、ＰＴＦＥなど撥水性を有する繊維で構成されていてもよい。
【００５９】
Ｅ４．変形例４：
図１３は、変形例に係る多孔質部材の移動方向を説明するための説明図である。第４実施例では、多孔質部材ＰＭは、燃料電池ＮＤの積層方向と直交する方向に移動することにより、接続口２１０ｅと当接した状態と、当接していない状態とを切り替えていたが、多孔質部材ＰＭの移動する方向には特に限定はなく、図１３に示すように、多孔質部材ＰＭは、燃料電池ＮＤの積層方向に沿った方向に移動することにより、接続口２１０ｅと当接した状態と、当接していない状態とを切り替えてもよい。多孔質部材ＰＭは、ロープなどで引っ張ることによりアノード排ガス排出マニホールドＭ２の内部へ移動させてもよいし、多孔質部材ＰＭがＰＴＦＥなど撥水性を有する繊維で構成されている場合には、燃料電池ＮＤの外部に配置される図示しないローラにより多孔質部材ＰＭを巻き取ってもよい。
【００６０】
Ｅ５．変形例５：
本実施例では、燃料電池ＮＤは、ＭＥＡ１０２とセパレータ２００との間にガス拡散層１０６を備えているが、燃料電池ＮＤは、ガス拡散層１０６を備えない態様であってもよい。
【００６１】
Ｅ６．変形例６：
本実施例では、アノード排ガス排出マニホールドＭ２は、セパレータ２００の貫通孔２１２とシール部材一体型ＭＥＧＡ１００に設けられた貫通孔１１２により形成されているが、これに限られず、アノード排ガス排出マニホールドＭ２は、セパレータ２００の貫通孔２１２のみにより形成されていてもよい。この場合であっても、セル内燃料ガス流路２１０内のアノード排ガスを、燃料電池ＮＤの外部に排出させることができ、アノード排ガスの排出不良による燃料電池ＮＤの不具合の発生を抑制することができる。
【００６２】
Ｅ７．変形例７：
本実施例では、燃料電池ＮＤを構成するすべての燃料電池セルＣＬのセル内燃料ガス流路２１０と多孔質部材ＰＭとが接している燃料電池ＮＤについて説明したが、多孔質部材ＰＭが燃料電池ＮＤに含まれる複数のセル内燃料ガス流路２１０のうちの一部と接していなくても、アノード排ガスの排出不良による燃料電池ＮＤの不具合の発生を抑制することができる。
【００６３】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００６４】
１０３…電解質膜
１０４…アノード
１０５…カソード
１０６…ガス拡散層
１１１，１１２，１２１，１２２…貫通孔
１３０…シール部材
２００…セパレータ
２１０…セル内燃料ガス流路
２１０ｅ…接続口
２１１，２１２，２２１，２２２…貫通孔
２２０…セル内酸化ガス流路
４００…切替部
Ｍ１…アノードガス供給マニホールド
Ｍ２…アノード排ガス排出マニホールド
Ｍ３…カソードガス供給マニホールド
Ｍ４…カソード排ガス排出マニホールド
ＮＤ…燃料電池
ＣＬ…燃料電池セル
ＰＭ…多孔質部材
ＴＭ…ターミナル
ＥＰ…エンドプレート
Ｖｏ…空間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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